CN111035811A - 一种双层神经导管及制备方法 - Google Patents

一种双层神经导管及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双层神经导管的制备方法，双层结构的设计达到了神经导管力学性能需求与生物功能需求的统一，内层均匀分布的去细胞基质可以赋予每一根纤维的生物功能性，而取向纤维结构可以引导神经轴突的定向快速生长，施万细胞的定向快速迁移，从而促进神经的快速精准修复，外层的较致密多孔结构既允许物质的充分交换，又足以起到屏障作用，防止瘢痕的形成。其较强的力学性能使其在体内移植中既满足移植物的可缝合性，又为神经的再生空间提供必要的支撑。

Description

一种双层神经导管及制备方法
技术领域
本发明涉及神经导管技术领域，具体涉及一种双层神经导管及制备方法。
背景技术
神经导管常用于周围神经缺损的修复中，其通常是一种中空的管状结构，可以对受损神经的近端和远端进行桥接，为神经的再生提供适宜的微环境。一个优秀的神经导管需要：1.促进神经的快速再生；2.有效阻挡外部成纤维细胞、炎症细胞等的侵入，维持神经生长的空间；3.充分实现内外物质交换。目前市场上的神经导管通常为单一材料(如聚乙醇酸、胶原等)组成的单一结构导管，其虽然在临床应用中起到了不错的效果，但都具有致命的缺陷，如降解过快、材料太硬导致并发症较多、材料易碎不易缝合等，难以兼具各项要求。
静电纺丝是一种可以将聚合物加工成微/纳米纤维结构的技术，其加工出的材料与天然神经细胞外基质结构接近，且具有多孔性，比表面积大，允许物质的充分交换。此外，静电纺丝还可以构建取向排列的纳米纤维，可以引导神经轴突定向快速生长，施万细胞定向快速迁移，从而实现神经精准快速的修复。但是单一的取向纤维膜(管)横向力学性能较弱，难以维持其空间结构。因此，构建多层的神经导管，其内层引导神经生长，外层提供支撑保护，是一种重要的设计。
此外，引入具有生物活性的成分对于促进神经的再生至关重要，现有技术中常引入天然高分子如胶原或者导电性物质，但这些物质功能较为单一。去细胞基质来源于动物天然组织，为多种多糖、蛋白质及生长因子组成的复杂物质，其与天然人体组织成分接近，将其应用于神经导管的构建对于神经的再生具有重要的意义。而为了确保去细胞基质在每一根纤维上的均匀分布，实现良好的生物功能性，同轴静电纺丝的核壳结构将起到至关重要的作用。
发明内容
本发明提供了一种双层神经导管的制备方法，双层结构的设计达到了神经导管力学性能需求与生物功能需求的统一，内层去细胞基质的均匀分布可以赋予每一根纤维的生物功能性，而取向纤维结构可以引导神经轴突的定向快速生长，施万细胞的定向快速迁移，从而促进神经的快速精准修复，外层的较致密多孔结构既允许物质的充分交换，又足以起到屏障作用，防止瘢痕的形成。其较强的力学性能使其在体内移植中既满足移植物的可缝合性，又为神经的再生空间提供必要的支撑。
本发明一种双层神经导管的制备方法，包括：
(1)去细胞基质溶液的制备；
取一定质量去细胞基质粉末，加入有机溶剂中，制得去细胞基质溶液；
(2)聚酯溶液的制备；
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解，制得聚酯溶液；
(3)同轴静电纺丝加工取向纤维膜；
将去细胞基质溶液和聚酯溶液进行同轴静电纺丝加工，制得取向纤维膜；
(4)取向纤维膜的分离与裁剪；
将取向纤维膜置于真空干燥箱中，真空干燥24h后分离取向纤维膜，并裁剪为长5～15cm，宽1～5cm的矩形；
(5)神经导管内层的制备；
将上述矩形的取向纤维膜覆盖于一根直径0.5～60mm的金属棒上卷曲成管，制得神经导管内层；
(6)神经导管外层材料溶液的制备；
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，制得神经导管外层材料溶液；
(7)双层神经导管的制备；
将神经导管内层包裹在静电纺丝加工装置的接收器上，同时将神经导管外层材料溶液进行静电纺丝加工，制得双层神经导管；
(8)双层神经导管的后处理；
将双层神经导管置于真空干燥箱中，真空干燥24h后脱模，并裁剪为长度5～60mm的双层神经导管。
优选的，在步骤(1)中，取一定质量去细胞基质粉末，加入有机溶剂中，其质量浓度为1％～15％w/v，搅拌4-6天，随后置于温度-10～10℃的球磨机中以25～75Hz功率球磨5～10分钟，共2次；球磨完毕的溶液转移到离心管中，放入超高速离心机置于实验条件为5000～10000rpm的转速离心机中超速离心3～10分钟，吸取上层溶液，制得去细胞基质溶液。
优选的，去细胞基质粉末来源包括人、猪、牛哺乳动物的脑、脊髓、神经、皮肤、小肠粘膜小层、脂肪不同组织；有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇，六氟异丙醇。
优选的，在步骤(2)中，取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解，制得聚酯溶液。
优选的，可降解聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(D,L-乳酸-co-乙醇酸)、聚(D,L-乳酸-co-己内酯)、聚(D,L-乳酸-co-三亚甲基碳酸酯)；有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇、六氟异丙醇、氯仿、二氯甲烷。
优选的，在步骤(3)中，将去细胞基质溶液转移至注射器一中，聚酯溶液转移至注射器二中，并分别安置于注射泵上，通过一个同轴金属喷头进行静电纺丝加工，其中，同轴金属喷头的内层为聚酯溶液，外层为去细胞基质溶液，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；与同轴金属喷头连接的注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～5cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器为一个高速旋转的金属滚筒，其直径为5-15cm，旋转速率为1500～3000rpm，且其连接一个高压电源，电压为0～-3kv，材料纤维沉积于金属滚筒上，且纤维方向沿着旋转方向排列。
优选的，在步骤(7)中，将外层材料溶液转移至注射器中，并安置于注射泵上，进行静电纺丝加工，其中，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～5cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器为上述为神经导管内层包裹的金属棒，其以速率60～500rpm旋转，且连接一个高压电源，电压为0～-3kv。
本发明还保护一种通过上述制备方法制得的双层神经导管。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图
图1为同轴取向纤维膜的制备示意图；
图2为双层神经导管的制备示意图；
图3为双层神经导管扫描电镜图片(B为A的局部放大图)；
图4为双层神经导管外表面
图5为双层神经导管内表面(A，扫描电镜图片；B，透射电镜图片)。
具体实施方式
本发明一种双层神经导管的制备方法包括：
(1)去细胞基质溶液的制备
取一定质量去细胞基质粉末，加入有机溶剂中，其质量浓度为1％～15％w/v，搅拌4～6天，随后置于温度-10～10℃的球磨机中以25～75Hz功率球磨5～10分钟，共2次。球磨完毕的溶液转移到离心管中，放入超高速离心机置于实验条件为5000～10000rpm的转速离心机中超速离心3～10分钟，吸取上层溶液备用。
去细胞基质的来源包括人、猪、牛等哺乳动物的脑、脊髓、神经、皮肤、小肠粘膜小层、脂肪等不同组织。
有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇，六氟异丙醇等。
(2)聚酯溶液的制备
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解。
可降解聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(D,L-乳酸-co-乙醇酸)、聚(D,L-乳酸-co-己内酯)、聚(D,L-乳酸-co-三亚甲基碳酸酯)等。
有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇、六氟异丙醇、氯仿、二氯甲烷等。
(3)同轴静电纺丝加工取向纤维膜
按照图1所示，将去细胞基质溶液转移至注射器1中，聚酯溶液转移至注射器2中，并分别安置于注射泵上，通过一个同轴金属喷头3进行静电纺丝加工。其中，同轴金属喷头的内层为聚酯溶液，外层为去细胞基质溶液，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；与同轴金属喷头3连接的注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～5cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器4为一个高速旋转的金属滚筒，其直径为5-15cm，旋转速率为1500～3000rpm，且其连接一个高压电源，电压为0～-3kv。材料纤维沉积于金属滚筒上，且纤维方向沿着旋转方向排列。
(4)取向纤维膜的分离与裁剪
静电纺丝加工结束之后，将金属滚筒和所接收的取向纤维膜置于真空干燥箱中，真空干燥24h后分离取向纤维膜，并裁剪为长5～15cm，宽1～5cm的矩形。
(5)神经导管内层的制备
将上述矩形的取向纤维膜覆盖于一根直径0.5～60mm的金属棒上卷曲成管，其中纤维取向与金属棒的轴向一致。
(6)神经导管外层材料溶液的制备
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解。
可降解聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(D,L-乳酸-co-乙醇酸)、聚(D,L-乳酸-co-己内酯)、聚(D,L-乳酸-co-三亚甲基碳酸酯)、聚乳酸-聚三亚甲基碳酸酯等。
有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇、六氟异丙醇、氯仿、二氯甲烷等。
(7)双层神经导管的制备
如图2所示，将外层材料溶液转移至注射器中，并安置于注射泵上，进行静电纺丝加工。其中，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～5cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器为上述为神经导管内层包裹的金属棒，其以速率60～500rpm旋转，且连接一个高压电源，电压为0～-3kv。
(8)双层神经导管的后处理
静电纺丝加工结束之后，将金属圆棒和所接收的材料置于真空干燥箱中，真空干燥24h后将套管脱模，并裁剪为长度5～60mm的双层神经导管。
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施案例一含猪来源的去细胞神经基质(pDNM)双层神经导管的制备
将pDNM溶于六氟异丙醇中，浓度为5％w/v，将PCL溶于2,2,2-三氟乙醇中，浓度15％w/v。利用上述步骤3～5对其进行同轴静电纺丝加工，得到了取向纤维膜组成的神经导管内层。然后将P(LA-TMC)70/30溶于2,2,2-三氟乙醇中，配成浓度15％w/v的神经导管外层材料溶液，并按上述步骤7～9，制备了双层神经导管。
其扫描电镜图片见图3，具有双层的结构，其中图4所示的外层为随机排列纤维堆积而成的结构，图5所示的内层为核壳结构取向纤维，核为PCL，壳为pDNM。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种双层神经导管的制备方法，其特征在于，包括：
(1)去细胞基质溶液的制备；
取一定质量去细胞基质粉末，加入有机溶剂中，制得去细胞基质溶液；
(2)聚酯溶液的制备；
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解，制得聚酯溶液；
(3)同轴静电纺丝加工取向纤维膜；
将去细胞基质溶液和聚酯溶液进行同轴静电纺丝加工，制得取向纤维膜；
(4)取向纤维膜的分离与裁剪；
将取向纤维膜置于真空干燥箱中，真空干燥24h后分离取向纤维膜，并裁剪为长5～15cm，宽1～5cm的矩形；
(5)神经导管内层的制备；
将上述矩形的取向纤维膜覆盖于一根直径0.5～60mm的金属棒上卷曲成管，制得神经导管内层；
(6)神经导管外层材料溶液的制备；
取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，制得神经导管外层材料溶液；
(7)双层神经导管的制备；
将神经导管内层包裹在静电纺丝加工装置的接收器上，同时将神经导管外层材料溶液进行静电纺丝加工，制得双层神经导管；
(8)双层神经导管的后处理；
将双层神经导管置于真空干燥箱中，真空干燥24h后脱模，并裁剪为长度5～60mm的双层神经导管。
2.根据权利要求1所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，取一定质量去细胞基质粉末，加入有机溶剂中，其质量浓度为1％～15％w/v，搅拌4～6天，随后置于温度-10～10℃的球磨机中以25～75Hz功率球磨5～10分钟，共2次；球磨完毕的溶液转移到离心管中，放入超高速离心机置于实验条件为5000～10000rpm的转速离心机中超速离心3～10分钟，吸取上层溶液，制得去细胞基质溶液。
3.根据权利要求2所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，去细胞基质粉末来源包括人、猪、牛哺乳动物的脑、脊髓、神经、皮肤、小肠粘膜小层、脂肪不同组织；有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇，六氟异丙醇。
4.根据权利要求1所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，取一定质量的可降解聚酯，溶于有机溶剂中，搅拌1～2天使其充分溶解，制得聚酯溶液。
5.根据权利要求4所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，可降解聚酯包括聚乳酸、聚乙醇酸、聚(D,L-乳酸-co-乙醇酸)、聚(D,L-乳酸-co-己内酯)、聚(D,L-乳酸-co-三亚甲基碳酸酯)；有机溶剂包括2,2,2-三氟乙醇、六氟异丙醇、氯仿、二氯甲烷。
6.根据权利要求1所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，将去细胞基质溶液转移至注射器一中，聚酯溶液转移至注射器二中，并分别安置于注射泵上，通过一个同轴金属喷头进行静电纺丝加工，其中，同轴金属喷头的内层为聚酯溶液，外层为去细胞基质溶液，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；与同轴金属喷头连接的注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～5cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器为一个高速旋转的金属滚筒，其直径为5-15cm，旋转速率为1500～3000rpm，且其连接一个高压电源，电压为0～-3kv，材料纤维沉积于金属滚筒上，且纤维方向沿着旋转方向排列。
7.根据权利要求1所述的双层神经导管的制备方法，其特征在于，在步骤(7)中，将外层材料溶液转移至注射器中，并安置于注射泵上，进行静电纺丝加工，其中，溶液的注射速率为0.5～4ml/h；注射针头内径为0.20～1.60mm，针头所接电压为5～20kv，其以2～6cm/s的速率进行左右往复扫描；接收器为上述为神经导管内层包裹的金属棒，其以速率60～500rpm旋转，且连接一个高压电源，电压为0～-3kv。
8.一种双层神经导管，其特征在于，通过权利要求1至7中任一项方法制得。
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